JP3518122B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、不純物濃度が1×
1019/cm3であるN+層もしくはP+層を有する半導
体装置や、不純物を含有したシリコン系ゲート電極構造
を有する半導体装置の製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention has an impurity concentration of 1 ×.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an N + layer or a P + layer of 10 19 / cm 3 and a semiconductor device having a silicon-based gate electrode structure containing impurities.
【0002】[0002]
【従来の技術】MOS型半導体やバイポーラ型半導体を
はじめ、各種の半導体回路を製造するにあたっては、拡
散層やポリシリコン系ゲート電極における不純物の活性
化や絶縁膜の緻密化等の目的で、700℃以上の熱処理
が多くの工程でなされている。例えば、MOS型半導体
においては、高温プロセスを行いながらゲート酸化膜の
信頼性を確保するため、そのゲート電極としてポリシリ
コン(以下、Poly−Siと記す)やPoly−Siと金属シ
リサイドを積層したポリサイドが多く用いられている
が、このようなMOS型半導体の製造にあたっても、通
常Poly−Si中の不純物の活性化等を目的に、700℃
以上の熱処理がなされる。このような700℃以上の熱
処理としては、主に不純物の拡散を抑制しながら効率良
く活性化を行うためのものとして、高温短時間アニール
(Rapid ThermalAnneal;以下、RTAと略記する)が
あり、近年では半導体装置の製造に欠くことのできない
技術として多く実施されている。2. Description of the Related Art In manufacturing various semiconductor circuits such as MOS type semiconductors and bipolar type semiconductors, it has been attempted to activate impurities in a diffusion layer or a polysilicon type gate electrode or to densify an insulating film. Heat treatment at a temperature of ℃ or more is performed in many steps. For example, in a MOS type semiconductor, in order to secure the reliability of a gate oxide film while performing a high temperature process, polysilicon (hereinafter referred to as Poly-Si) or polycide in which Poly-Si and metal silicide are stacked is used as a gate electrode thereof. However, even in the production of such a MOS type semiconductor, 700 ° C. is usually used for the purpose of activating impurities in Poly-Si.
The above heat treatment is performed. As such heat treatment at 700 ° C. or higher, there is a high temperature short time annealing (Rapid Thermal Anneal; hereinafter abbreviated as RTA) mainly for suppressing the diffusion of impurities and efficiently activating it. Is often implemented as a technique indispensable for manufacturing semiconductor devices.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の製造にあたっては、前記RTAを行った後、絶縁膜の
緻密化を目的とした高温長時間アニールや高温のCVD
工程など、600〜850℃程度の熱処理が行うのが普
通である。しかしながら、RTAを行った後にこのよう
な長時間熱処理を行うと、RTAによって一旦活性化さ
れた不純物が再度不活性化してしまい、拡散層を形成す
るSiやゲート電極を形成するPoly−Siの抵抗が増大
したり、ゲート電極が空乏化してデバイス特性が低下し
てしまうなど、半導体装置の性能低下を招くことになっ
てしまう。By the way, in manufacturing a semiconductor device, after the RTA is performed, high temperature long time annealing or high temperature CVD for the purpose of densification of an insulating film is performed.
In general, heat treatment at about 600 to 850 ° C. is performed during the process. However, when such a long-time heat treatment is performed after RTA, impurities once activated by RTA are inactivated again, and the resistance of Si that forms the diffusion layer or Poly-Si that forms the gate electrode is increased. Increase, or the gate electrode is depleted to deteriorate device characteristics, which leads to deterioration of the performance of the semiconductor device.
【0004】図11に、1000℃、10秒間のRTA
を行った後に、30分間のポストアニールを行った場合
の、N+拡散層とP+拡散層とのシート抵抗の変動を示
す。なお、N+拡散層、P+拡散層へのイオン注入につい
ては、N+拡散層ではAs+を3×1015/cm2で、ま
たP+拡散層ではBF2 +を4×1015/cm2でそれぞれ
行った。図11より、ポストアニールを行わない、すな
わちRTAのみしか行わなかった場合に比べ、特に80
0〜850℃の高温長時間アニール(ポストアニール)
を行った場合には、シート抵抗が大幅に増大しているこ
とが分かる。また、このような傾向はシリコン系ゲート
電極についても同様に起こり、例えばRTA後800℃
〜850℃にて30分間の高温長時間アニールを行う
と、Poly−Siの空乏化が生じてゲート容量が低下して
しまう。FIG. 11 shows the RTA at 1000 ° C. for 10 seconds.
After performing the above, the change in sheet resistance between the N + diffusion layer and the P + diffusion layer when post annealing is performed for 30 minutes is shown. Incidentally, N + diffusion layer, P + for ion implantation into the diffusion layer, N + in the diffusion layer of As + at 3 × 10 15 / cm 2, also P + In diffusion layer BF 2 + a 4 × 10 15 / cm 2 respectively. From FIG. 11, in comparison with the case where post annealing is not performed, that is, only RTA is performed, especially 80
High temperature long time annealing at 0-850 ℃ (Post annealing)
It can be seen that the sheet resistance is significantly increased in the case of performing. Moreover, such a tendency similarly occurs also in a silicon-based gate electrode, for example, 800 ° C. after RTA.
When high temperature annealing for 30 minutes at 850 ° C. is performed, Poly-Si is depleted and the gate capacitance is reduced.
【0005】このような不都合を防止するための対策と
して、高温長時間アニールのアニール温度を通常より高
くすることにより、拡散層やゲート電極の抵抗値を低下
させ、またゲート電極の空乏化を改善するといったこと
も考えられる。しかし、その場合には、拡散層の深さ
(Xj)が増大してしまって短チャネル効果を抑制する
ことができなくなってしまう。また、CMOS構造にお
いてNMOSのN+ゲートとPMOSのP+ゲートが互い
に接続されている場合、ゲート電極中の不純物の相互拡
散が起きてしきい電圧(Vth)が変動(増加)してし
まうといった新たな不都合を生じてしまう。As a measure for preventing such inconvenience, the annealing temperature of the high temperature long time annealing is made higher than usual to lower the resistance value of the diffusion layer and the gate electrode and improve the depletion of the gate electrode. It is also possible to do. However, in that case, the depth (Xj) of the diffusion layer increases, and the short channel effect cannot be suppressed. Further, in the CMOS structure, when the N + gate of the NMOS and the P + gate of the PMOS are connected to each other, interdiffusion of impurities in the gate electrode occurs and the threshold voltage (Vth) varies (increases). This causes new inconvenience.
【0006】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、しきい電圧の変動などを
招くことなく、拡散層となるN+層やP+層の抵抗増加を
抑制し、またPoly−Si(ポリシリコン)系ゲート電極
の空乏化を改善することのできる半導体装置の製造方法
を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to suppress an increase in resistance of the N + layer or P + layer serving as a diffusion layer without causing fluctuation of the threshold voltage. And to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving depletion of a Poly-Si (polysilicon) -based gate electrode.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明における請求項1
記載の半導体装置の製造方法では、Si基板表面にゲー
ト酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜上に減圧
CVD法によってリンをドープしたアモルファスシリコ
ン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜上
にWSi x 膜を形成する工程と、WSi x 膜及び前記アモ
ルファスシリコン膜をパターニングしてゲート電極を形
成する工程と、前記Si基板に不純物をイオン注入して
ソース、ドレイン領域を形成する工程と、不純物を活性
化するための熱処理工程とを有し、前記不純物を活性化
するための熱処理工程を、前記不純物の活性状態の影響
を及ぼす熱処理工程のうち、最終に行う熱処理工程と
し、前記不純物を活性化するための熱処理工程が800
℃〜1100℃の温度にて60秒以内の時間行うことを
前記課題の解決手段とした。[Means for Solving the Problems] Claim 1 in the present invention
In the method of manufacturing a semiconductor device described above , a gate is formed on the surface of the Si substrate.
Process of forming oxide film and reducing pressure on the gate oxide film
Amorphous silicon doped with phosphorus by the CVD method
The step of forming a silicon film and the amorphous silicon film
Forming a WSi x film, WSi x film and said Ammo
Pattern the rufus silicon film to form the gate electrode
And the step of implanting impurities into the Si substrate
Activate source and drain regions and activate impurities
And a heat treatment step to activate the impurities.
The heat treatment process for controlling the influence of the active state of the impurities
Of the heat treatment steps that affect
However, the heat treatment process for activating the impurities is 800.
The method for solving the above problems was to carry out the treatment at a temperature of ℃ to 1100 ℃ for 60 seconds or less .
【0008】ここで、最終に行う熱処理工程としては、
800℃〜1100℃の温度にて60秒以内の時間行う
高温短時間アニールが好ましい。800℃未満である
と、不純物の活性状態に及ぼす影響が少なくなって不純
物活性化の目的が十分に達成できなくなるおそれがあ
り、一方、1100℃を越えるのは、不純物拡散が顕著
となり、高温短時間アニールの効果が失われるためであ
る。また、処理時間を60秒間以内としたのは、60秒
間を越えると、不純物の拡散が進んで所望する範囲外に
まで不純物が到達するおそれがあるからである。なお、
処理時間の下限値については、処理温度によっても異な
るものの、不純物が十分に活性化される時間、具体的は
10秒程度とされる。 Here, as the final heat treatment step ,
Perform at a temperature of 800 ℃ ~ 1100 ℃ for less than 60 seconds
High temperature short time annealing is preferred. Below 800 ° C
And the effect of impurities on the active state is reduced
There is a risk that the purpose of product activation may not be fully achieved.
On the other hand, when the temperature exceeds 1100 ° C, the diffusion of impurities is remarkable.
This is because the effect of high temperature short time annealing is lost.
It Also, the processing time was set within 60 seconds because it was 60 seconds.
If it exceeds the interval, the diffusion of impurities will progress and it will be out of the desired range.
This is because impurities may reach up to. In addition,
The lower limit of processing time varies depending on the processing temperature.
However, the time for impurities to be fully activated, specifically,
It is set to about 10 seconds.
【0009】また、シリコン系ゲート電極構造として具
体的には、ポリシリコンと金属シリサイドが積層されて
なるポリサイド構造のもの、ポリシリコンと金属とを積
層した構造のもの、ポリシリコンとTiN等の金属化合
物とを積層した構造のもの、さらにはポリシリコンやa
−Siで形成された構造のものなどが挙げられる。そし
て、このようなシリコン系ゲート電極構造においては、
特に不純物がイオン注入されて形成されているものであ
るのが好ましい。このようにイオン注入されていると、
前記の最終高温短時間アニールによってイオン注入され
た不純物が確実に活性化するからである。また、この半
導体装置としては、N+型のゲート電極を有するNMO
S電界効果型トランジスタと、N +型のゲート電極を有
するPMOS電界効果型トランジスタとを備えたもので
もよく、その場合、前記の最終高温短時間アニールによ
り、N+型のゲート電極およびP+型のゲート電極の不純
物活性化、空乏化改善を同時に行うことができる。As the silicon-based gate electrode structure, specifically, a polycide structure in which polysilicon and metal silicide are stacked, a structure in which polysilicon and metal are stacked, a metal such as polysilicon and TiN Structures in which a compound is laminated, and further polysilicon or a
Examples thereof include those having a structure formed of -Si. And in such a silicon-based gate electrode structure,
It is particularly preferable that the impurities are formed by ion implantation. When ion implantation is performed in this way,
This is because the ion-implanted impurities are surely activated by the final high temperature short time annealing. Further, this semiconductor device is an NMO having an N + type gate electrode.
And S field effect transistor may be <br/> in that a PMOS field effect transistor having a gate electrode of the N + -type, in which case, the final high-temperature short-time annealing of the, N + -type gate It is possible to simultaneously activate the impurities and improve the depletion of the electrode and the P + -type gate electrode.
【0010】このような半導体装置の製造方法によれ
ば、最終に行う熱処理工程を不純物を活性化するための
熱処理工程としたので、この工程の後には当然不純物の
活性状 態に影響を及ぼす熱処理工程がないため、活性化
した不純物が再不活性化することがなく、しかもゲート
電極の空乏化が改善されることから、得られる半導体装
置の性能劣化が抑制される。According to such a method of manufacturing a semiconductor device, the heat treatment step to be performed for activating the impurities is performed in the final step.
Since it was a heat treatment process, impurities were naturally added after this process.
Since there is no active state to affect the heat treatment step, without impurity activated re inactivated moreover since the depletion of the gate electrode is improved, the performance deterioration of the semiconductor device obtained is suppressed .
【0011】[0011]
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】請求項3記載の半導体装置の製造方法で
は、Si基板表面にゲート酸化膜を形成する工程と、前
記ゲート酸化膜上にゲート電極となるポリシリコン膜及
びアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記ポリ
シリコン膜及び前記アモルファスシリコン膜に不純物を
イオン注入してN + 層およびP + 層を形成する工程と、前
記アモルファスシリコンを結晶化する熱処理工程を有
し、前記アモルファスシリコンを結晶化する熱処理工程
の後に、前記不純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工
程として、前記N+層もしくはP+層の形成後に行う第1
の熱処理工程と、前記第1の熱処理工程の後に、当該第
1の熱処理工程よりも長時間で行う第2の熱処理工程
と、前記不純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程の
うち最終に行う第3の熱処理工程とを有しており、前記
第3の熱処理工程は、前記第2の熱処理工程よりも短時
間で行う前記不純物を活性化するための熱処理工程であ
り、前記第3の熱処理工程が800℃〜1100℃の温
度にて60秒以内の時間行うことを前記課題の解決手段
とした。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, a step of forming a gate oxide film on the surface of the Si substrate,
On the gate oxide film, the polysilicon film and the gate electrode
And a step of forming an amorphous silicon film,
Impurities are added to the silicon film and the amorphous silicon film.
There is a step of forming an N + layer and a P + layer by ion implantation, and a heat treatment step of crystallizing the amorphous silicon.
And heat treatment step of crystallizing the amorphous silicon
And a first heat treatment step performed after the formation of the N + layer or the P + layer as a heat treatment step that affects the active state of the impurities.
Of the first heat treatment step, a second heat treatment step performed after the first heat treatment step for a longer time than the first heat treatment step, and a final heat treatment step of the heat treatment steps that affect the active state of the impurities. The third heat treatment step is a heat treatment step for activating the impurities in a shorter time than the second heat treatment step.
And the third heat treatment step is performed at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C.
The method for solving the above-mentioned problem was to perform the time within 60 seconds .
【0015】ここで、第1の熱処理工程または第3の熱
処理工程としては、前記請求項1記載の発明と同様の理
由により、800℃〜1100℃の温度にて60秒以内
の時間で行う高温短時間アニールが好ましく、また第2
の熱処理工程として具体的には、600℃〜950℃の
温度にて10分以上の時間行うものとされる。すなわ
ち、600℃未満の熱処理では長時間行ってもほとんど
不純物の活性状態に影響がないからであり、また950
℃を越えた熱処理を10分以上行うと、不純物相互拡散
等が起こってデバイス特性に低下を招くからである。さ
らに、前記シリコン系ゲート電極構造として具体的に
は、前記請求項1記載の発明のものと同様とされ、また
半導体装置についても、N + 型のゲート電極を有するN
MOS電界効果型トランジスタと、P + 型のゲート電極
を有するPMOS電界効果型トランジスタとを備えた、
いわゆるDual Gate 型のものにも適用可能となる。その
場合、前記の最終高温短時間アニールにより、N + 型の
ゲート電極およびP + 型のゲート電極の不純物活性化、
空乏化改善を同時に行うことができる。 Here, the first heat treatment step or the third heat treatment step is performed at a temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. for 60 seconds or less at a high temperature for the same reason as in the first aspect of the invention. Short time annealing is preferred, and second
Specifically, the heat treatment step is performed at a temperature of 600 ° C. to 950 ° C. for 10 minutes or more. Sanawa
However, heat treatment below 600 ° C is almost impossible even after long time
This is because the active state of impurities is not affected, and 950
Impurity mutual diffusion occurs when heat treatment at a temperature above ℃ for 10 minutes or more
This is because the device characteristics are deteriorated due to the above-mentioned problems. Further, the silicon-based gate electrode structure is specifically the same as that of the invention according to claim 1 , and the semiconductor device also has an N + -type gate electrode.
MOS field effect transistor and P + type gate electrode
And a PMOS field effect transistor having
It can also be applied to so-called Dual Gate type. That
In this case, the N + type
Impurity activation of the gate electrode and the P + -type gate electrode,
It is possible to improve depletion at the same time.
【0016】このような半導体装置の製造方法によれ
ば、第1の熱処理工程と第2の熱処理工程との後に最終
に行う第3の熱処理工程を行うので、第2の熱処理工程
によってゲート電極が一旦空乏化しても、最終に行う第
3の熱処理工程によってシリコン系ゲート電極中の不純
物が再度活性化した状態になり、しかもこの後に不純物
の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程がないため、ゲー
ト電極の空乏化が改善され、これにより得られる半導体
装置の性能劣化が抑制される。According to such a method of manufacturing a semiconductor device, after the first heat treatment step and the second heat treatment step , the final heat treatment step is performed.
Since the third heat treatment step is performed at the same time, even if the gate electrode is once depleted by the second heat treatment step , the third heat treatment step is finally performed.
Since the impurity in the silicon-based gate electrode is activated again by the heat treatment step of 3 , and there is no heat treatment step that influences the active state of the impurity after that, depletion of the gate electrode is improved. Performance deterioration of the semiconductor device is suppressed.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施形態例に
基づき詳しく説明する。図1(a)〜(c)、図2
(a)〜(c)は本発明の第1実施形態例を説明するた
めの図であり、この第1実施形態例は本発明を、Single
Gate 型のCMOS回路の製造方法に適用した場合の例
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments thereof. 1 (a) to 1 (c) and FIG.
(A)-(c) is a figure for demonstrating the 1st Embodiment of this invention, and this 1st Embodiment carries out this invention by the Single.
This is an example when applied to a method of manufacturing a gate type CMOS circuit.
【0018】この例では、まず、図1(a)に示すよう
にSi基板1上に、例えば950℃のWET酸化法によ
るLOCOS法によってフィールド酸化膜2を形成す
る。次に、NMOSFETを形成するための領域に、P
ウェル領域形成やトランジスタのパンチスルー阻止を目
的とした埋め込み層形成のためのイオン注入、さらには
Vth(しきい電圧)調整のためのイオン注入を行い、
Si基板1表層部にNMOSチャネル領域3を形成す
る。また、同様にPMOSFETを形成するための領域
にNウェル領域形成やトランジスタのパンチスルー阻止
を目的とした埋め込み層形成のためのイオン注入、さら
にはVth調整のためのイオン注入を行い、Si基板1
表層部にPMOSチャネル領域4を形成する。In this example, first, as shown in FIG. 1A, the field oxide film 2 is formed on the Si substrate 1 by the LOCOS method by the WET oxidation method at 950 ° C., for example. Next, in the region for forming the NMOSFET, P
Ion implantation for forming a buried layer for the purpose of forming a well region and preventing punch through of a transistor, and further ion implantation for adjusting Vth (threshold voltage),
An NMOS channel region 3 is formed on the surface layer of the Si substrate 1. Similarly, in the region for forming the PMOSFET, ion implantation for forming an N well region and for forming a buried layer for the purpose of preventing punch-through of the transistor, and further ion implantation for adjusting Vth are performed.
The PMOS channel region 4 is formed in the surface layer portion.
【0019】次いで、図1(b)に示すようにSi基板
1表面に、H2/O2雰囲気にて850℃に加熱する熱酸
化法により、厚さ8nmのゲート酸化膜5を形成する。
続いて、例えばSiH4/PH3を原料ガスとし、堆積温
度を550℃とする減圧CVD法によってリン(P)を
ドープしたa−Siを堆積し、厚さ100nmのa−S
i膜6を形成する。次に、例えばWF6/SiH4を原料
ガスとし、堆積温度を380℃とする減圧CVD法によ
って前記a−Si膜6上にWSiXを堆積し、厚さ10
0nmのWSiX膜7を形成する。さらにこれの上に、
例えばSiH4/O2を原料とし、堆積温度を420℃と
するCVD法によってSiO2を堆積し、厚さ150n
mのオフセット酸化膜8を形成する。すなわち、このよ
うな工程によってオフセット酸化膜付きのWポリサイド
配線層を得る。Next, as shown in FIG. 1B, a gate oxide film 5 having a thickness of 8 nm is formed on the surface of the Si substrate 1 by a thermal oxidation method of heating at 850 ° C. in an H 2 / O 2 atmosphere.
Then, for example, SiH 4 / PH 3 is used as a source gas, and a-Si doped with phosphorus (P) is deposited by a low pressure CVD method at a deposition temperature of 550 ° C., and a 100 nm thick a-S is deposited.
The i film 6 is formed. Next, for example, WSi x is deposited on the a-Si film 6 by a low pressure CVD method using WF 6 / SiH 4 as a source gas and a deposition temperature of 380 ° C.
A 0 nm WSi x film 7 is formed. On top of this,
For example, using SiH 4 / O 2 as a raw material and depositing SiO 2 by a CVD method with a deposition temperature of 420 ° C., a thickness of 150 n
An offset oxide film 8 of m is formed. That is, a W polycide wiring layer with an offset oxide film is obtained by such a process.
【0020】次いで、公知のリソグラフィ法によってレ
ジストパターニングを行い、その後得られたレジストパ
ターン(図示略)をマスクにして例えばフロロカーボン
系のガスを用いた異方性エッチングにより、SiO2か
らなるオフセット酸化膜8をゲート電極パターンにす
る。続いて、前記レジストパターンを除去した後、得ら
れたゲート電極パターンをマスクにして例えばCl2/
O2による異方性エッチングにより、WSiX膜7、a−
Si膜6をエッチングしてこれをゲート電極パターンに
し、これによって図1(c)に示すようにゲート電極パ
ターン9を得る。なお、このようにして得られたゲート
電極パターン9は、a−Si膜6からなるゲート電極パ
ターンを有したものであることから、本発明におけるシ
リコン系ゲート電極構造となる。Next, resist patterning is carried out by a known lithography method, and then an offset oxide film made of SiO 2 is formed by anisotropic etching using, for example, a fluorocarbon-based gas with the resist pattern (not shown) obtained as a mask. 8 is a gate electrode pattern. Then, after removing the resist pattern, using the obtained gate electrode pattern as a mask, for example, Cl 2 /
By anisotropic etching with O 2 , the WSi X film 7, a-
The Si film 6 is etched to form a gate electrode pattern, whereby a gate electrode pattern 9 is obtained as shown in FIG. Since the gate electrode pattern 9 thus obtained has the gate electrode pattern made of the a-Si film 6, it has the silicon-based gate electrode structure of the present invention.
【0021】次いで、前記ゲート電極パターン9および
フィールド酸化膜2をマスクにしてNMOSチャネル領
域3に、例えばAs+を20keV、5×1013/cm2
の条件でイオン注入し、NLDD領域10を形成する。
また、同様にPMOSチャネル領域4に、例えばBF2 +
を20keV、2×1013/cm2の条件でイオン注入
し、PLDD領域11を形成する。そして、Si基板1
上に例えば減圧CVDによってSiO2を厚さ150n
mに堆積し、さらに得られたSiO2膜を異方性エッチ
ングすることにより、図2(a)に示すようにゲート電
極パターン9の両側にサイドウォール12を形成する。Then, using the gate electrode pattern 9 and the field oxide film 2 as a mask, for example, As + is added to the NMOS channel region 3 at 20 keV, 5 × 10 13 / cm 2.
Ion implantation is performed under the above conditions to form the NLDD region 10.
Similarly, in the PMOS channel region 4, for example, BF 2 +
Is ion-implanted under the conditions of 20 keV and 2 × 10 13 / cm 2 to form the PLDD region 11. And the Si substrate 1
SiO 2 having a thickness of 150 n is formed by, for example, low pressure CVD
Then, the SiO 2 film thus obtained is anisotropically etched to form sidewalls 12 on both sides of the gate electrode pattern 9 as shown in FIG.
【0022】次いで、NMOSチャネル領域3に例えば
As+を20keV、3×1015/cm2の条件でイオン
注入し、N+型のソース/ドレイン領域13を形成す
る。同様に、PMOSチャネル領域4に例えばBF2 +を
20keV、3×1015/cm2の条件でイオン注入
し、P+型のソース/ドレイン領域14を形成する。な
お、図2(a)においては、N+型のソース/ドレイン
領域13、P+型のソース/ドレイン領域14をそれぞ
れNLDD領域10、PLDD領域11より深く形成さ
れているように示したが、実際には注入した不純物の拡
散処理がなされていないことから、この段階では図2
(a)のごとく深く不純物が拡散した状態とはならな
い。すなわち、図2(a)に示したN+型のソース/ド
レイン領域13、P+型のソース/ドレイン領域14に
ついては、後述する拡散処理後に得られる状態を便宜上
示したものなのである。Next, for example, As + is ion-implanted into the NMOS channel region 3 under the conditions of 20 keV and 3 × 10 15 / cm 2 to form N + type source / drain regions 13. Similarly, BF 2 + is ion-implanted into the PMOS channel region 4 under the conditions of 20 keV and 3 × 10 15 / cm 2 to form the P + type source / drain regions 14. Although FIG. 2A shows that the N + type source / drain regions 13 and the P + type source / drain regions 14 are formed deeper than the NLDD region 10 and the PLDD region 11, respectively. Since the diffusion process of the implanted impurities is not actually performed, at this stage, as shown in FIG.
Impurities are not deeply diffused as in (a). That is, for the N + type source / drain regions 13 and the P + type source / drain regions 14 shown in FIG. 2A, the states obtained after the diffusion process described later are shown for convenience.
【0023】次いで、例えばSiH4/O2を原料ガスと
し、堆積温度を420℃とするCVD法によってSiO
2あるいはPSGなどを堆積し、図2(b)に示すよう
に厚さ500nmの層間絶縁膜15を形成する。続い
て、公知のリソグラフィ法によってレジストパターニン
グを行い、その後得られたレジストパターン(図示略)
をマスクにして例えばフロロカーボン系のガスを用いた
異方性エッチングにより、前記ソース/ドレイン領域1
3、14に通じるコンタクトホール16を形成する。[0023] Then, SiO by CVD, for example, a SiH 4 / O 2 as a source gas, the deposition temperature and 420 ° C.
2 or PSG is deposited to form an interlayer insulating film 15 having a thickness of 500 nm as shown in FIG. Subsequently, resist patterning is performed by a known lithography method, and the obtained resist pattern (not shown)
Is used as a mask, and the source / drain region 1 is anisotropically etched by using, for example, a fluorocarbon gas.
A contact hole 16 communicating with 3 and 14 is formed.
【0024】次いで、コンタクトホール16を通して、
N+型のソース/ドレイン領域13に例えばP+(リン)
を5×1015/cm2程度イオン注入し、同様にP+型の
ソース/ドレイン領域にBF2 +を5×1015/cm2程
度イオン注入する。このイオン注入は、コンタクトイン
プラと称されるもので、コンタクトホール16形成の際
のエッチングにより、フィールド酸化膜やSi基板1が
掘られることによって接合リーク等が起こるのを抑制す
るために行うものである。Then, through the contact hole 16,
For example, P + (phosphorus) is formed in the N + type source / drain region 13.
The 5 × 10 15 / cm 2 of about implanted similarly BF 2 + a 5 × 10 15 / cm 2 approximately ions are implanted into the source / drain regions of the P + -type. This ion implantation is called contact implantation, and is performed in order to suppress junction leakage or the like caused by digging the field oxide film or the Si substrate 1 due to etching when forming the contact hole 16. is there.
【0025】続いて、先にイオン注入した不純物の活性
状態に影響を及ぼす熱工程として、1000℃、10秒
間の条件の高温短時間アニール(RTA)を行い、不純
物を活性化してCMOS構造を形成する。ここでのRT
Aは、本発明における、不純物の活性状態に影響を及ぼ
す熱処理工程のうち最終に行う熱処理工程となるもので
あり、このようなRTAにより、先に述べたようにソー
ス/ドレイン領域13、14にイオン注入された不純物
は図2(a)に示した状態に拡散・活性化し、またコン
タクトホール16を通してイオン注入された不純物も拡
散・活性化して図2(c)に示すように不純物拡散層1
7、18を形成する。[0025] Subsequently, as affecting thermal process in an active state of the impurity ion-implanted earlier, 1000 ° C., subjected to 10 seconds high temperature and short time annealing (RTA), forming a CMOS structure and activating the impurity To do. RT here
A is in the present invention are those comprising a heat treatment step of performing a final of affecting heat treatment process in an active state of an impurity, such a RTA, the source / drain regions 13 and 14 as previously described The ion-implanted impurities are diffused / activated to the state shown in FIG. 2A, and the ion-implanted impurities are also diffused / activated through the contact holes 16 so that the impurity diffusion layer 1 is formed as shown in FIG. 2C.
7 and 18 are formed.
【0026】その後、Al等の配線材料を堆積しさらに
これをパターニングすることにより、図2(c)に示す
ようにゲート・ソース・ドレイン等の配線パターン19
を形成し、CMOS回路を得る。なお、この配線パター
ン19の形成にあたっては、不純物の活性状態に影響を
及ぼす熱処理工程、具体的には700℃以上の熱処理を
行う工程を有しておらず、また、配線パターン19形成
後においては該パターン19が溶融することなどを防止
するためもちろん700℃以上の熱処理を行う工程を有
していない。Thereafter, a wiring material such as Al is deposited and further patterned, so that a wiring pattern 19 such as a gate, a source and a drain is formed as shown in FIG. 2C.
To obtain a CMOS circuit. It should be noted that the formation of the wiring pattern 19 does not include a heat treatment step that affects the active state of impurities, specifically, a step of performing heat treatment at 700 ° C. or higher. Of course, there is no step of performing heat treatment at 700 ° C. or higher in order to prevent the pattern 19 from melting.
【0027】したがって、この製造方法にあっては、コ
ンタクトホールへのイオン注入後1000℃、10秒間
のRTAで活性化を行った後には、Al等の配線工程な
ので700℃以上の熱処理を行うことがなく、よって活
性化した不純物が再度不活性化することがないことから
N+型のソース/ドレイン層13(N+層)もしくはP+
型のソース/ドレイン層14(P+層)の抵抗増加を抑
制し、かつゲート電極パターン9の空乏化を改善するこ
とができ、これにより高性能なCMOS回路を形成する
ことができる。Therefore, in this manufacturing method, after the ion implantation into the contact hole and activation by RTA for 10 seconds at 1000 ° C., a heat treatment at 700 ° C. or higher is performed because it is a wiring process of Al or the like. Therefore, since the activated impurities are not inactivated again, the N + type source / drain layer 13 (N + layer) or P +
It is possible to suppress an increase in resistance of the source / drain layer 14 (P + layer) of the mold and to improve depletion of the gate electrode pattern 9, whereby a high-performance CMOS circuit can be formed.
【0028】図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)
は本発明の第2実施形態例を説明するための図であり、
この第2実施形態例は本発明を、N+/P+のDual Gate
型のCMOS回路の製造方法に適用した場合の例であ
る。この例では、まず、第1実施形態例と同様にしてS
i基板1上にフィールド酸化膜2を形成し、さらにSi
基板1表層部にNMOSチャネル領域3、PMOSチャ
ネル領域4を、またSi基板1表面にゲート酸化膜5を
それぞれ形成する。3A to 3C and 4A to 4C.
FIG. 4 is a diagram for explaining a second embodiment example of the present invention,
This second embodiment is an example of the present invention in which an N + / P + dual gate is used.
1 is an example when applied to a method for manufacturing a positive-type CMOS circuit. In this example, first, as in the first embodiment, S
The field oxide film 2 is formed on the i substrate 1 and further Si
An NMOS channel region 3 and a PMOS channel region 4 are formed on the surface layer of the substrate 1, and a gate oxide film 5 is formed on the surface of the Si substrate 1.
【0029】次に、例えばSiH4を原料とし、堆積温
度を610℃とする減圧CVD法によってPoly−Siを
堆積し、図3(a)に示すように厚さ70nmのPoly−
Si膜20を形成する。続いて、例えばSiH4を原料
ガスとし、堆積温度を550℃とする減圧CVD法によ
ってa−Siを堆積し、Poly−Si膜20上に厚さ50
nmのa−Si膜21を形成する。次いで、公知のリソ
グラフィ法によってレジストパターニングを行い、その
後得られたレジストパターン(図示略)をマスクにし
て、NMOSFETを形成する領域(NMOS領域3を
形成した領域)にのみP+(リン)を10keV、5×
1015/cm2の条件でイオン注入し、図3(b)に示
すようにN+ゲート領域22(N+層)を形成する。ま
た、同様にして得られたレジストパターン(図示略)を
マスクにして、PMOSFETを形成する領域(PMO
S領域4を形成した領域)にのみB+を5keV、5×
1015/cm2の条件でイオン注入し、P+ゲート領域2
3(P+層)を形成する。Next, for example, using SiH 4 as a raw material, Poly-Si is deposited by a low pressure CVD method at a deposition temperature of 610 ° C., and as shown in FIG.
The Si film 20 is formed. Subsequently, for example, SiH 4 is used as a source gas, and a-Si is deposited by a low pressure CVD method at a deposition temperature of 550 ° C., and a thickness of 50 is formed on the Poly-Si film 20.
An a-Si film 21 having a thickness of nm is formed. Then, resist patterning is performed by a known lithography method, and then using the obtained resist pattern (not shown) as a mask, P + (phosphorus) is added to 10 keV only in the region where the NMOSFET is formed (the region where the NMOS region 3 is formed). 5x
Ions are implanted under the condition of 10 15 / cm 2 to form an N + gate region 22 (N + layer) as shown in FIG. Further, a resist pattern (not shown) obtained in the same manner is used as a mask to form a PMOSFET forming region (PMO).
B + is 5 keV, 5 × only in the region where the S region 4 is formed)
Ion implantation is performed under the condition of 10 15 / cm 2 and P + gate region 2
3 (P + layer) is formed.
【0030】次いで、a−Si膜21の結晶化のため、
高温長時間アニールとして650℃、10時間の条件の
熱処理を行う。すると、この高温長時間アニールによっ
てa−Si膜21は結晶化し、CVD法によって形成さ
れたPoly−Si膜20の結晶より大粒径の結晶からなる
Poly−Si膜21aが形成される。そして、これに続い
て1000℃、10秒間の条件のRTAを行い、Poly−
Si膜21a表面の不純物を該Poly−Si膜21a中に
拡散させるとともに、Poly−Si膜21a、Poly−Si
膜20にイオン注入した不純物を活性化させる。すなわ
ち、このRTAは、本発明において不純物の活性状態に
影響を及ぼす熱処理工程としての第1の熱処理工程とな
るのである。Next, for crystallization of the a-Si film 21,
As the high temperature long-time annealing, heat treatment is performed at 650 ° C. for 10 hours. Then, the high-temperature long-time annealing causes the a-Si film 21 to crystallize, and is made of crystals having a larger grain size than the crystals of the Poly-Si film 20 formed by the CVD method.
The Poly-Si film 21a is formed. Then, following this, RTA under the condition of 1000 ° C. for 10 seconds is performed.
Impurities on the surface of the Si film 21a are diffused into the Poly-Si film 21a, and the Poly-Si film 21a and the Poly-Si film 21a are diffused.
The impurities ion-implanted into the film 20 are activated. That is, this RTA is the first heat treatment step as the heat treatment step that affects the active state of the impurities in the present invention.
【0031】次いで、例えばWF6/SiH4を原料ガス
とし、堆積温度を380℃とする減圧CVD法によって
前記Poly−Si膜21a上にWSiXを堆積し、厚さ7
0nmのWSiX膜24を形成する。さらにこれの上
に、例えばSiH4/O2を原料とし、堆積温度を420
℃とするCVD法によってSiO2を堆積し、厚さ15
0nmのオフセット酸化膜25を形成する。すなわち、
このような工程によって前記第1実施形態例と同様にオ
フセット酸化膜付きのWポリサイド配線層を得る。Then, for example, WSi x is deposited on the Poly-Si film 21a by a low pressure CVD method using WF 6 / SiH 4 as a source gas and a deposition temperature of 380 ° C. to have a thickness of 7
A 0 nm WSi x film 24 is formed. On top of this, for example, SiH 4 / O 2 is used as a raw material, and the deposition temperature is 420
SiO 2 is deposited by a CVD method at a temperature of 15 ° C. to a thickness of 15
An offset oxide film 25 of 0 nm is formed. That is,
Through these steps, a W polycide wiring layer with an offset oxide film is obtained as in the first embodiment.
【0032】次いで、公知のリソグラフィ法によってレ
ジストパターニングを行い、その後得られたレジストパ
ターン(図示略)をマスクにして例えばフロロカーボン
系のガスを用いた異方性エッチングにより、SiO2か
らなるオフセット酸化膜25をゲート電極パターンにす
る。続いて、前記レジストパターンを除去した後、得ら
れたゲート電極パターンをマスクにして例えばCl2/
O2による異方性エッチングにより、WSiX膜24、Po
ly−Si膜21a、Poly−Si膜20をエッチングして
これをゲート電極パターンにし、これによって図3
(c)に示すようにN+ゲート領域22を形成した側に
N+型のゲート電極26aを、またP+ゲート領域23を
形成した側にP+型のゲート電極26bを得る。なお、
このようにして得られたゲート電極26a、26bは、
Poly−Si膜21a、Poly−Si膜20からなるゲート
電極パターンを有したものであることから、本発明にお
けるシリコン系ゲート電極構造となる。Next, a resist patterning is performed by a known lithography method, and thereafter, an offset oxide film made of SiO 2 is formed by anisotropic etching using, for example, a fluorocarbon-based gas with the obtained resist pattern (not shown) as a mask. 25 is a gate electrode pattern. Then, after removing the resist pattern, using the obtained gate electrode pattern as a mask, for example, Cl 2 /
By anisotropic etching with O 2 , the WSi X film 24, Po
The ly-Si film 21a and the Poly-Si film 20 are etched to form a gate electrode pattern.
The N + -type gate electrode 26a on the side of forming the N + gate region 22 as shown in (c), also obtain the gate electrode 26b of the P + -type on the side forming the P + gate regions 23. In addition,
The gate electrodes 26a and 26b thus obtained are
Since it has a gate electrode pattern composed of the Poly-Si film 21a and the Poly-Si film 20, it has the silicon-based gate electrode structure of the present invention.
【0033】次いで、前記ゲート電極26a、26bお
よびフィールド酸化膜2をマスクにしてNMOSチャネ
ル領域3に、例えばAs+を20keV、5×1013/
cm2の条件でイオン注入し、NLDD領域27を形成
する。また、同様にPMOSチャネル領域4に、例えば
BF2 +を20keV、2×1013/cm2の条件でイオ
ン注入し、PLDD領域28を形成する。そして、Si
基板1上に例えば減圧CVDによってSiO2を厚さ1
50nmに堆積し、さらに得られたSiO2膜を異方性
エッチングすることにより、図4(a)に示すようにゲ
ート電極26a、26bの両側にサイドウォール29を
形成する。Next, with the gate electrodes 26a, 26b and the field oxide film 2 as a mask, for example, As + is added to the NMOS channel region 3 at 20 keV, 5 × 10 13 /
Ions are implanted under the condition of cm 2 to form the NLDD region 27. Similarly, BF 2 + is ion-implanted into the PMOS channel region 4 under the conditions of 20 keV and 2 × 10 13 / cm 2 to form the PLDD region 28. And Si
SiO 2 is formed on the substrate 1 to a thickness of 1 by, for example, low pressure CVD.
By depositing to a thickness of 50 nm and further anisotropically etching the obtained SiO 2 film, sidewalls 29 are formed on both sides of the gate electrodes 26a and 26b as shown in FIG. 4A.
【0034】次いで、NMOSチャネル領域3に例えば
As+を20keV、3×1015/cm2の条件でイオン
注入し、N+型のソース/ドレイン領域30(N+層)を
形成する。同様に、PMOSチャネル領域4に例えばB
F2 +を20keV、3×1015/cm2の条件でイオン
注入し、P+型のソース/ドレイン領域31(P+層)を
形成する。続いて、ソース/ドレイン領域30、31の
不純物を活性化するため、1000℃、10秒間の条件
の高温短時間アニール(RTA)を行い、ソース/ドレ
イン領域30、31の不純物を拡散・活性化してCMO
S構造を形成する。なお、このRTAは、本発明におい
て不純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程となるも
のであり、第1の熱処理工程に相当する。 Next, for example, As + is ion-implanted into the NMOS channel region 3 under the conditions of 20 keV and 3 × 10 15 / cm 2 to form an N + type source / drain region 30 (N + layer). Similarly, in the PMOS channel region 4, for example, B
F 2 + is ion-implanted under the conditions of 20 keV and 3 × 10 15 / cm 2 to form a P + type source / drain region 31 (P + layer). Then, in order to activate the impurities in the source / drain regions 30 and 31, high temperature short time annealing (RTA) at 1000 ° C. for 10 seconds is performed to diffuse and activate the impurities in the source / drain regions 30 and 31. CMO
Form an S structure. Note that this RTA is a heat treatment step that affects the active state of impurities in the present invention, and corresponds to the first heat treatment step.
【0035】次いで、例えばSiH4/O2を原料ガスと
し、堆積温度を420℃とするCVD法によってSiO
2あるいはPSGなどを堆積し、図4(b)に示すよう
に厚さ500nmの層間絶縁膜32を形成する。続い
て、この層間絶縁膜32を緻密化するため、高温長時間
アニールとして800℃、30分間の熱処理を行う。す
ると、層間絶縁膜32はこの高温長時間アニールによっ
て緻密化するものの、先に活性化したN+型のゲート電
極(N+層)26a、P+型のゲート電極(P+層)26
b、N+型のソース/ドレイン領域(N+層)30、P+
型のソース/ドレイン領域(P+層)31の不純物が再
度不活性状態になり、ゲート電極26a、26bにおい
ては空乏化が起こり、またソース/ドレイン領域30、
31では抵抗が増大する。なお、この高温長時間アニー
ルが、本発明において第1の熱処理工程の後に行う第2
の熱処理工程である。[0035] Then, SiO, for example, by SiH 4 / O 2 as a raw material gas, CVD method to 420 ° C. The deposition temperature
2 or PSG is deposited to form an interlayer insulating film 32 having a thickness of 500 nm as shown in FIG. Subsequently, in order to densify the interlayer insulating film 32, heat treatment is performed at 800 ° C. for 30 minutes as high temperature long-time annealing. Then, although the interlayer insulating film 32 is densified by this high-temperature long-time annealing, the previously activated N + type gate electrode (N + layer) 26a and P + type gate electrode (P + layer) 26 are activated.
b, N + type source / drain region (N + layer) 30, P +
Impurities in the source / drain region (P + layer) 31 of the p-type become inactive again, depletion occurs in the gate electrodes 26a, 26b, and the source / drain region 30,
At 31, the resistance increases. It should be noted that this high-temperature long-time annealing is performed by the second heat treatment performed after the first heat treatment step in the present invention.
Is the heat treatment step .
【0036】そして、公知のリソグラフィ法によってレ
ジストパターニングを行い、その後得られたレジストパ
ターン(図示略)をマスクにして例えばフロロカーボン
系のガスを用いた異方性エッチングにより、前記ソース
/ドレイン領域30、31に通じるコンタクトホール3
3を形成する。次いで、コンタクトホール33を通し
て、N+型のソース/ドレイン領域30に例えばP+(リ
ン)を5×1015/cm2程度イオン注入し、同様にP+
型のソース/ドレイン領域14にBF2 +を5×1015/
cm2程度イオン注入する。なお、このイオン注入も、
第1実施形態例の場合と同様に、接合リーク等が起こる
のを抑制するためのものである。Then, resist patterning is performed by a known lithographic method, and then the source / drain regions 30 are formed by anisotropic etching using, for example, a fluorocarbon-based gas with the obtained resist pattern (not shown) as a mask. Contact hole 3 leading to 31
3 is formed. Then, for example, P + (phosphorus) is ion-implanted into the N + -type source / drain region 30 through the contact hole 33 at about 5 × 10 15 / cm 2 , and similarly P +
Type source / drain region 14 with BF 2 + of 5 × 10 15 /
Ion implantation of about cm 2 . In addition, this ion implantation also
Similar to the case of the first embodiment, this is for suppressing the occurrence of junction leak and the like.
【0037】続いて、先にイオン注入した不純物の活性
状態に影響を及ぼす熱処理工程として、950℃、10
秒間の条件の高温短時間アニール(RTA)を行い、不
純物を活性化してCMOS構造を形成する。ここでのR
TAは、本発明における、不純物の活性状態に影響を及
ぼす熱工程のうち最終に行う熱工程、すなわち最終高温
短時間アニールとなるものであり、このような最終RT
Aにより、先に述べたように高温長時間アニールによっ
て不活性状態となった不純物は再度活性化されて活性状
態となり、またコンタクトホール33通ってイオン注入
された不純物も拡散され活性化される。なお、このよう
にして不純物が再活性化されてなるN+型のソース/ド
レイン領域30、P+型のソース/ドレイン領域14
は、いずれもその不純物濃度が1×1020/cm3以上
となっている。Subsequently, as a heat treatment step that affects the active state of the previously ion-implanted impurities, 950 ° C. and 10
A high temperature short time annealing (RTA) under the condition of second is performed to activate the impurities and form a CMOS structure. R here
TA is the final thermal step of the thermal steps that affect the active state of the impurities in the present invention, that is, the final high-temperature short-time anneal.
By A, as described above, the impurities that have been inactivated by the high temperature and long time annealing are reactivated and activated, and the impurities ion-implanted through the contact holes 33 are also diffused and activated. The N + type source / drain regions 30 and the P + type source / drain regions 14 obtained by reactivating the impurities in this manner
Has an impurity concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more.
【0038】その後、Al等の配線材料を堆積しさらに
これをパターニングすることにより、図4(c)に示す
ようにゲート・ソース・ドレイン等の配線パターン34
を形成し、CMOS回路を得る。なお、この配線パター
ン34の形成にあたっては、第1実施形態例と同様に不
純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程、具体的には
700℃以上の熱処理を行う工程を有しておらず、ま
た、配線パターン34形成後においては該パターン34
が溶融することなどを防止するためもちろん700℃以
上の熱処理を行う工程を有していない。After that, a wiring material such as Al is deposited and further patterned, so that a wiring pattern 34 such as a gate, a source and a drain is formed as shown in FIG. 4C.
To obtain a CMOS circuit. It should be noted that the formation of the wiring pattern 34 does not include a heat treatment step that influences the active state of impurities as in the first embodiment, specifically, a step of performing heat treatment at 700 ° C. or higher. , After the wiring pattern 34 is formed, the pattern 34
Of course, it does not have a step of performing heat treatment at 700 ° C. or higher in order to prevent the melting of the alloy.
【0039】したがって、この製造方法にあっては、不
純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程として数回の
高温短時間アニールと高温長時間アニールとを行ってい
るものの、その最終に行う熱処理工程を高温短時間アニ
ールとしていることから、この最終RTAによって活性
化した不純物が再度不活性化することがなく、よってN
+型のソース/ドレイン層(N+層)30、P+型のソー
ス/ドレイン層(P+層)31の抵抗増加を抑制し、か
つN+型のゲート電極(N+層)26a、P+型のゲート
電極(P+層)26bの空乏化を改善することができ、
これにより高性能なCMOS回路を形成することができ
る。[0039] Thus, in this manufacturing method, although performing several times of high temperature for a short time annealing and high temperature for a long time anneal as affecting thermal treatment process in an active state of the impurity, a heat treatment step performed its final Since the annealing is performed at a high temperature for a short time, the impurities activated by the final RTA are not inactivated again, so that N
The resistance increase of the + type source / drain layer (N + layer) 30 and the P + type source / drain layer (P + layer) 31 is suppressed, and the N + type gate electrode (N + layer) 26a, P is formed. The depletion of the + type gate electrode (P + layer) 26b can be improved,
As a result, a high performance CMOS circuit can be formed.
【0040】(実験例)シリコン基板上のポリシリコン
にP+(リン)を3×1015/cm2の条件でイオン注入
し、N+ゲート電極を形成してMOS構造を得た。そし
て、このMOS構造に1000℃、10秒間の条件の第
1のRTA(第1の熱処理工程)を行い、さらに800
℃、30分間の高温長時間アニール(第2の熱処理工
程)を行い、その後950℃、10秒間の最終RTA
(第3の熱処理工程)を行った。このとき、各アニール
処理後に、このMOS構造のC−V特性を調べた。得ら
れた結果を図5に示す。図5より、第1のRTA(10
00℃、10秒間)を行った後高温長時間アニール(8
00℃、30分間)を行うと、第1のRTA後に比べゲ
ート電極に空乏化が生じて容量が低下する。しかし、そ
の後最終RTA(950℃、10秒間)を行うことによ
り、ゲート電極の空乏化が改善され、容量が回復するこ
とが分かる。Experimental Example P + (phosphorus) was ion-implanted into polysilicon on a silicon substrate under the condition of 3 × 10 15 / cm 2 to form an N + gate electrode to obtain a MOS structure. Then, this MOS structure has a first condition of 1000 ° C. for 10 seconds .
Perform first RTA (first heat treatment step), further 800
℃, 30 minutes high temperature long time annealing (second heat treatment
Performs a degree), then 950 ℃, for 10 seconds final RTA
(Third heat treatment step) was performed. At this time, the CV characteristics of this MOS structure were examined after each annealing treatment. The obtained results are shown in FIG. From FIG. 5, the first RTA (10
After annealing at 00 ° C for 10 seconds, high temperature long time annealing (8
When performed at 00 ° C. for 30 minutes, the gate electrode is depleted and the capacitance is reduced as compared with after the first RTA. However, it can be seen that by performing the final RTA (950 ° C., 10 seconds) after that, the depletion of the gate electrode is improved and the capacity is recovered.
【0041】シリコン基板の表層部に、As+を20k
eV、3×1015/cm2の条件でイオン注入してN+型
拡散層を形成した。同様に、BF2 +を20keV、3×
1015/cm2の条件でイオン注入してP+型拡散層を形
成した。そして、このシリコン基板に1000℃、10
秒間の条件の第1のRTA(第1の熱処理工程)を行
い、さらに800℃、30分間の高温長時間アニール
(第2の熱処理工程)を行い、その後950℃、10秒
間の最終RTA(第3の熱処理工程)を行った。このと
き、各アニール処理後に、この各拡散層のシート抵抗を
調べた。得られた結果を図6に示す。図6より、第1の
RTA(1000℃、10秒間)を行った後高温長時間
アニール(800℃、30分間)を行うと、不純物が不
活性化して第1のRTA後に比べシート抵抗が増大す
る。しかし、その後最終RTA(950℃、10秒間)
を行うことにより、不純物が再活性化してシート抵抗が
元の値の近くにまで低下することが分かる。(図6中の
FAは高温長時間アニールの略である。)On the surface layer of the silicon substrate, 20 k As +
An N + type diffusion layer was formed by ion implantation under the conditions of eV and 3 × 10 15 / cm 2 . Similarly, BF 2 + is 20 keV, 3 ×
Ions were implanted under the condition of 10 15 / cm 2 to form a P + type diffusion layer. Then, the silicon substrate is heated to 1000 ° C. for 10
The first RTA (first heat treatment step) under the condition of second second is performed, and further high temperature long-time annealing at 800 ° C. for 30 minutes
(Second heat treatment step) was performed, and then a final RTA (third heat treatment step) was performed at 950 ° C. for 10 seconds. At this time, the sheet resistance of each diffusion layer was examined after each annealing treatment. The obtained results are shown in FIG. From FIG. 6, when the first RTA (1000 ° C., 10 seconds) and then the high temperature long time annealing (800 ° C., 30 minutes) are performed, the impurities are inactivated and the sheet resistance is increased as compared to after the first RTA. To do. However, after that, the final RTA (950 ° C, 10 seconds)
It can be seen that by carrying out the step, the impurities are reactivated and the sheet resistance is lowered to near the original value. (FA in FIG. 6 is an abbreviation for high temperature long time annealing.)
【0042】図7に示すように、シリコン基板上にPM
OS構造を形成した。図7において符号40はP+ゲー
ト、41はP+拡散層、42はN+拡散源(ゲート)であ
る。なお、このPMOSのW/Lは1μm/1μmであ
る。また、P+拡散層41とN+拡散源42との間の距離
をdとし、このdを変化させて複数種のPMOS構造を
得た。このような構造のPMOSに対して、以下の4通
りの条件でアニール処理を行った。
(1)1000℃、10秒間のRTAのみを行う。
(2)1000℃、10秒間のRTAを行い、その後、
800℃、30分間の高温長時間アニールを行う。
(3)1000℃、10秒間のRTAを行い、その後、
850℃、30分間の高温長時間アニールを行う。
(4)1000℃、10秒間のRTAを行い、その後、
900℃、30分間の高温長時間アニールを行う。そし
て、このようなアニール処理を行った後、P+拡散層4
1とN+拡散源42との相互拡散に起因するしきい電圧
(Vth)の変動を調べた。得られた結果を図8に示
す。なお、図8においてX軸はP+拡散層41とN+拡散
源42との間の距離dである。As shown in FIG. 7, PM is deposited on the silicon substrate.
An OS structure was formed. In FIG. 7, reference numeral 40 is a P + gate, 41 is a P + diffusion layer, and 42 is an N + diffusion source (gate). The W / L of this PMOS is 1 μm / 1 μm. Further, the distance between the P + diffusion layer 41 and the N + diffusion source 42 was set to d, and this d was changed to obtain a plurality of types of PMOS structures. Annealing treatment was performed on the PMOS having such a structure under the following four conditions. (1) Perform only RTA at 1000 ° C. for 10 seconds. (2) Perform RTA at 1000 ° C. for 10 seconds, then
Annealing is performed at 800 ° C. for 30 minutes at a high temperature for a long time. (3) Perform RTA at 1000 ° C. for 10 seconds, then
Annealing is performed at 850 ° C. for 30 minutes at a high temperature for a long time. (4) Perform RTA at 1000 ° C. for 10 seconds, then
Annealing is performed at 900 ° C. for 30 minutes at a high temperature for a long time. After performing such an annealing process, the P + diffusion layer 4
The variation of the threshold voltage (Vth) due to the mutual diffusion between 1 and the N + diffusion source 42 was investigated. The obtained results are shown in FIG. In FIG. 8, the X axis is the distance d between the P + diffusion layer 41 and the N + diffusion source 42.
【0043】図8より、RTAを行った後に850℃以
上のポストアニール(高温長時間アニール)を行った場
合、Vth変動が大きくなることが確認された。すなわ
ち、N+拡散源42がP+拡散層41から十分に遠く位置
するか、あるいはN+拡散源42が無い場合には、図9
に示すようにPMOS本来のVthが得られるが、N+
拡散源42がP+拡散層41に影響を及ぼす位置にある
場合には一般に図9中Aで示すようにVthが変動(V
thの絶対値が増加)してしまう。したがって、図8に
示したように前記(3)、(4)の条件でアニール処理
を行った場合には、N+拡散源42からの不純物拡散に
よってVthが変動(絶対値が増加)してしまっている
ことが分かる。From FIG. 8, it was confirmed that when the post-annealing (high-temperature long-time annealing) at 850 ° C. or higher is performed after the RTA, the Vth fluctuation becomes large. That is, if the N + diffusion source 42 is located sufficiently far from the P + diffusion layer 41, or if the N + diffusion source 42 is absent, FIG.
The original Vth of the PMOS can be obtained as shown in, but N +
When the diffusion source 42 is located at a position that affects the P + diffusion layer 41, Vth generally fluctuates (V
The absolute value of th will increase). Therefore, as shown in FIG. 8, when the annealing treatment is performed under the conditions (3) and (4), Vth varies (absolute value increases) due to impurity diffusion from the N + diffusion source 42. You can see that it is closed.
【0044】また、図7に示したPMOS構造と同様の
ものを作製し、これに対して以下の条件でアニール処理
を行った。なお、N+拡散源42についてはP+(リン)
を10keV、3×1015/cm2の条件でイオン注入
し、また、P+拡散層41についてはB+を5keV、4
×1015/cm2の条件でイオン注入して形成した。
(5)1000℃、10秒間のRTAのみを行う。
(6)1000℃、10秒間のRTAを行い、その後、
800℃、30分間の高温長時間アニールを行う。
(7)1000℃、10秒間のRTAを行い、その後、
800℃、30分間の高温長時間アニールを行い、さら
にその後、950℃、10秒間のRTAを行う。そし
て、このようなアニール処理を行った後、P+拡散層4
1とN+拡散源42との間の相互拡散に起因するしきい
電圧(Vth)の変動を調べた。得られた結果を図10
に示す。Further, a structure similar to the PMOS structure shown in FIG. 7 was manufactured, and an annealing process was performed on this structure under the following conditions. For the N + diffusion source 42, P + (phosphorus)
Is ion-implanted under the conditions of 10 keV, 3 × 10 15 / cm 2 , and for the P + diffusion layer 41, B + is 5 keV, 4
It was formed by ion implantation under the condition of × 10 15 / cm 2 . (5) Perform only RTA at 1000 ° C. for 10 seconds. (6) Perform RTA at 1000 ° C. for 10 seconds, then
Annealing is performed at 800 ° C. for 30 minutes at a high temperature for a long time. (7) Perform RTA at 1000 ° C. for 10 seconds, then
Annealing is performed at 800 ° C. for 30 minutes at a high temperature for a long time, and then RTA is performed at 950 ° C. for 10 seconds. After performing such an annealing process, the P + diffusion layer 4
The variation of the threshold voltage (Vth) due to the interdiffusion between 1 and the N + diffusion source 42 was investigated. The obtained results are shown in FIG.
Shown in.
【0045】図10より、(5)の条件のごとくRTA
のみを行った場合はもちろん、(7)のごとく高温長時
間アニールを行った後、最終RTAを行った場合には、
Vthの変動(絶対値の増加)がほとんどないことが分
かる。したがって、本発明の製造方法によれば、従来の
ごとく最終の熱工程が800〜850℃程度の高温長時
間アニールであった場合に抵抗増加、ゲート空乏化が生
じ、また850℃以上では不純物相互拡散によるVth
変動が生じたのに対し、不純物相互拡散によるVth変
動を招くことなく、前述したように抵抗増加を抑制し、
ゲート空乏化を改善することができる。From FIG. 10, RTA as in the condition (5)
In the case of performing only the RTA, after performing the high temperature long time annealing as in (7),
It can be seen that there is almost no fluctuation in Vth (increase in absolute value). Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, resistance increase and gate depletion occur when the final thermal process is a high-temperature long-time anneal of about 800 to 850 ° C. as in the conventional case, and when the temperature exceeds 850 ° C. Vth due to diffusion
In contrast to the fluctuation, the resistance increase is suppressed as described above without causing the fluctuation of Vth due to the mutual diffusion of impurities.
The gate depletion can be improved.
【0046】なお、抵抗増加や空乏化が800〜850
℃の長時間アニールで最大となるのは、1000℃、1
0秒間のRTAで活性化された不純物が800℃程度の
熱処理によって過飽和状態になり(つまり格子点からは
ずれる不純物原子が増加する)、これによって不活性に
なると考えられる。すなわち、この温度より低いと不純
物が移動(拡散)せず、またこの温度より高いと不純物
が過飽和状態にならないことにより、不活性状態が生じ
ないと考えられる。The resistance increase and depletion are 800 to 850.
The longest annealing at ℃ is 1000 ℃, 1
It is considered that the impurities activated by RTA for 0 seconds become supersaturated by the heat treatment at about 800 ° C. (that is, the number of impurity atoms deviating from the lattice point increases), and thus become inactive. That is, when the temperature is lower than this temperature, the impurities do not move (diffuse), and when the temperature is higher than this temperature, the impurities are not in the supersaturated state, so that the inactive state does not occur.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、最終に行う熱処理工程を、不純物を活性
化するための熱処理工程としたことによって不純物を確
実に活性状態にすることができるようにしたものである
から、例えばN+ゲートとP+ゲートとを有する場合にも
これらの間の不純物相互拡散に起因するしきい電圧の変
動や拡散層の深さ(Xj)の増大等を招くことなく、N
+層やP+層の抵抗増大を抑制し、低抵抗化を達成するこ
とができる。また、ゲート電極がシリコン系ゲート電極
である場合には、該ゲート電極の空乏化を改善すること
ができる。さらに、第2の熱処理工程によって一旦抵抗
増加・ゲート電極空乏化が生じた場合にも、最終に行う
第3の熱処理工程によって抵抗低減・ゲート容量回復を
達成することができる。このように本発明にあっては、
拡散層の深さ(Xj)の増大やN+ゲートとP+ゲートと
の間の不純物相互拡散によるVth変動など、MOSF
ETの劣化、CMOS回路性能の低下などを招くことな
く、前記効果を奏することができる。 As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the final heat treatment step is a heat treatment step for activating the impurities, so that the impurities can be reliably activated. Therefore, even when the N + gate and the P + gate are provided, for example, fluctuations in the threshold voltage due to impurity interdiffusion between them and an increase in the depth (Xj) of the diffusion layer, etc. Without inviting
It is possible to suppress an increase in resistance of the + layer and the P + layer and achieve low resistance. Further, when the gate electrode is a silicon-based gate electrode, depletion of the gate electrode can be improved. Further, even if resistance increase / gate electrode depletion occurs once by the second heat treatment step, resistance reduction / gate capacitance recovery can be achieved by the third heat treatment step finally performed. Thus, according to the present invention,
MOSF, such as an increase in the depth (Xj) of the diffusion layer and a change in Vth due to impurity interdiffusion between the N + gate and the P + gate
The above effect can be achieved without causing deterioration of ET, deterioration of CMOS circuit performance, and the like .
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態例を
工程順に説明するための要部側断面図である。1A to 1C are side cross-sectional views of main parts for explaining a first embodiment of the present invention in process order.
【図2】(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態例に
おける、図1に続く工程を工程順に説明するための要部
側断面図である。2 (a) to 2 (c) are side cross-sectional views of a main part for explaining a step following the step in FIG. 1 in the order of steps in the first embodiment of the present invention.
【図3】(a)〜(c)は、本発明の第2実施形態例を
工程順に説明するための要部側断面図である。3 (a) to 3 (c) are side cross-sectional views of relevant parts for explaining the second embodiment of the present invention in the order of steps.
【図4】(a)〜(c)は、本発明の第2実施形態例に
おける、図3に続く工程を工程順に説明するための要部
側断面図である。4 (a) to 4 (c) are side cross-sectional views of a main part for explaining the step following the step of FIG. 3 in the order of steps in the second embodiment of the present invention.
【図5】アニール処理後のMOS構造の、C−V特性を
示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing the CV characteristics of the MOS structure after annealing.
【図6】アニール処理後の拡散層の、アニール条件とシ
ート抵抗との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an annealing condition and a sheet resistance of a diffusion layer after an annealing process.
【図7】実験に用いたPMOS構造の概略構成を示す平
面図である。FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of a PMOS structure used in an experiment.
【図8】図7に示したPMOS構造をアニール処理した
後の、しきい電圧(Vth)の変動を示すグラフ図であ
る。FIG. 8 is a graph showing a change in threshold voltage (Vth) after annealing the PMOS structure shown in FIG.
【図9】相互拡散に起因するしきい電圧の変動を説明す
るためのグラフ図である。FIG. 9 is a graph diagram for explaining a variation in threshold voltage due to mutual diffusion.
【図10】アニール処理後の、P+拡散層とN+拡散源と
の間の相互拡散に起因するしきい電圧(Vth)の変動
を示すグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing a change in threshold voltage (Vth) due to mutual diffusion between a P + diffusion layer and an N + diffusion source after annealing.
【図11】RTA後、ポストアニールを行った場合のN
+拡散層とP+拡散層とのシート抵抗の変動を示すグラフ
図である。FIG. 11 shows N when post-annealing is performed after RTA.
It is a graph which shows the fluctuation | variation of the sheet resistance of a + diffusion layer and a P + diffusion layer.
1 Si基板 3 NMOSチャネル領域 4 PMOSチャネル領域 6 a−Si膜 9 ゲート電極パターン 10、27 NLDD領域 11、28 PLDD領域 13、30 N型のソース/ドレイン領域 14、31 P型のソース/ドレイン領域 15、32 層間絶縁膜 16、33 コンタクトホール 17、18 不純物拡散層 20 Poly−Si膜 21 a−Si膜 22 N+ゲート領域 23 P+ゲート領域 26a N+型のゲート電極 26b P+型のゲート電極1 Si substrate 3 NMOS channel region 4 PMOS channel region 6 a-Si film 9 Gate electrode pattern 10, 27 NLDD region 11, 28 PLDD region 13, 30 N type source / drain region 14, 31 P type source / drain region 15, 32 Interlayer insulating film 16, 33 Contact hole 17, 18 Impurity diffusion layer 20 Poly-Si film 21 a-Si film 22 N + gate region 23 P + gate region 26a N + type gate electrode 26b P + type gate electrode
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/265 H01L 21/28 H01L 21/8238 H01L 27/092 H01L 29/78 Front page continued (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/265 H01L 21/28 H01L 21/8238 H01L 27/092 H01L 29/78
Claims (5)
工程と、 前記ゲート酸化膜上に減圧CVD法によってリンをドー
プしたアモルファスシリコン膜を形成する工程と、 前記アモルファスシリコン膜上にWSi x 膜を形成する
工程と、 WSi x 膜及び前記アモルファスシリコン膜をパターニ
ングしてゲート電極を形成する工程と、 前記Si基板に不純物をイオン注入してソース、ドレイ
ン領域を形成する工程と、 不純物を活性化するための熱処理工程とを有し、 前記不純物を活性化するための熱処理工程を、前記不純
物の活性状態の影響を及ぼす熱処理工程のうち、最終に
行う熱処理工程とし、 前記不純物を活性化するための 熱処理工程が800℃〜
1100℃の温度にて60秒以内の時間行うことを特徴
とする半導体装置の製造方法。1. A gate oxide film is formed on the surface of a Si substrate.
Process and phosphorus on the gate oxide film by a low pressure CVD method.
And a WSi x film is formed on the amorphous silicon film.
Process and patterning the WSi x film and the amorphous silicon film.
And forming a gate electrode by ion implantation of impurities into the Si substrate to form a source and a drain.
Forming an emission region, and a heat treatment step for activating the impurity, a heat treatment step for activating the impurity, the impure
Of the heat treatment processes that affect the active state of the product,
The heat treatment step is performed at 800 ° C. to activate the impurities.
A method of manufacturing a semiconductor device, which is performed at a temperature of 1100 ° C. for a time of 60 seconds or less.
を有するNMOS電界効果型トランジスタと、N +型の
ゲート電極を有するPMOS電界効果型トランジスタと
を備えたものである請求項1記載の半導体装置の製造方
法。Wherein said semiconductor device is an NMOS field effect transistor having a gate electrode of the N + type, according to claim 1, wherein those having a PMOS field effect transistor having a gate electrode of the N + -type Manufacturing method of semiconductor device.
工程と、 前記ゲート酸化膜上にゲート電極となるポリシリコン膜
及びアモルファスシリコン膜を形成する工程と、 前記ポリシリコン膜及び前記アモルファスシリコン膜に
不純物をイオン注入してN + 層およびP + 層を形成する工
程と、 前記アモルファスシリコンを結晶化する熱処理工程とを
有し、 前記アモルファスシリコンを結晶化する熱処理工程の後
に、前記不純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程と
して、N+層もしくはP+層の形成後に行う第1の熱処理
工程と、 前記第1の熱処理工程の後に、当該第1の熱処理工程よ
りも長時間で行う第2の熱処理工程と、 前記不純物の活性状態に影響を及ぼす熱処理工程のうち
最終に行う第3の熱処理工程とを有しており、 前記第3の熱処理工程は、前記第2の熱処理工程よりも
短時間で行う前記不純物を活性化するための熱処理工程
であり、 前記第3の熱処理工程が800℃〜1100℃の温度に
て60秒以内の時間行うことを特徴とする半導体装置の
製造方法。3. A gate oxide film is formed on the surface of a Si substrate.
Process and polysilicon film to be a gate electrode on the gate oxide film
And a step of forming an amorphous silicon film, the polysilicon film and the amorphous silicon film
Process of forming N + layer and P + layer by ion implantation of impurities
And extent, and a heat treatment step for crystallizing the amorphous silicon
A first heat treatment step performed after the formation of the N + layer or the P + layer as a heat treatment step that affects the active state of the impurities after the heat treatment step of crystallizing the amorphous silicon; After the heat treatment step, a second heat treatment step that is performed for a longer time than the first heat treatment step and a third heat treatment step that is finally performed among the heat treatment steps that affect the active state of the impurities are included. The third heat treatment step is a heat treatment step for activating the impurities, which is performed in a shorter time than the second heat treatment step, and the third heat treatment step is performed at a temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the process is performed for 60 seconds or less.
0℃の温度にて10分以上の時間行うものである請求項
3記載の半導体装置の製造方法。4. The second heat treatment step is performed at 600 ° C. to 95 ° C.
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the method is performed at a temperature of 0 [deg.] C. for 10 minutes or more.
を有するNMOS電界効果型トランジスタと、P+型の
ゲート電極を有するPMOS電界効果型トランジスタと
を備えたものである請求項3記載の半導体装置の製造方
法。 5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising an NMOS field effect transistor having an N + type gate electrode and a PMOS field effect transistor having a P + type gate electrode. Manufacturing method of semiconductor device.
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